隨著超聲檢測理論逐漸成熟，以及現代集成電路的快速發展，超聲檢測技術以其快速、準確、無污染、低成本等特點，成為國內外應用廣泛、發展迅速、使用頻率最高的一種無損檢測技術。其中超聲儀器的發展水平直接影響著超聲檢測技術的發展。數字化、圖像化、小型化和實時化等是超聲檢測儀器的發展趨勢。傳統的超聲檢測系統中，PC機存在難以適應惡劣的工作環境，體積大，攜帶不方便，功耗大，數據傳輸率不高等問題，并且大部分便攜式超聲探傷儀缺乏對復雜數字信號處理算法的支持，因此開發與設計一種高性能、小型化的便攜式超聲探傷檢測系統尤為重要。 ARM的數字信號處理能力和DSP的系統控制能力都有其各自弱點，所以文中提出了一種基于ARM與DSP雙CPU方案的便攜式超聲探傷儀，充分利用了ARM與DSP的處理性能，接口簡單。ARM利用DSP的主機接口與DSP通信，不會打斷DSP的正常運行。本方案為復雜的信號處理算法提供硬件支持，可以有效的提高便攜式超聲探傷儀器的信號處理能力。 超聲探傷回波中的缺陷信號往往與系統的電噪聲、金屬組織噪聲混在一起，影響超聲檢測回波的信噪比。粗晶材料由于其微觀結構對超聲的強烈散射，造成嚴重的材料噪聲和信號衰減，致使超聲檢測靈敏度和信噪比嚴重下降。目前，對粗晶材料的檢測仍然是超聲檢測技術的一大難題。采用信號處理技術提高超聲檢測能力和信噪比是無損檢測領域的重要研究課題。本文在設計具備復雜信號處理能力的便攜式探傷儀的基礎上，進行了適合在便攜式儀器上實現的小波變換算法的研究，嘗試提高便攜式儀器對粗晶材料缺陷的檢測能力。
上傳時間： 2013-04-24
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邊界掃描技術是一種應用于數字集成電路器件的標準化可測試性設計方法，它提供了對電路板上元件的功能、互連及相互間影響進行測試的一種新方案，極大地方便了系統電路的測試。本文基于IEEE 1149.1標準剖析了JTAG邊界掃描測試的精髓，分析了其組成，功能與時序控制等關鍵技術。 應用在FPGA芯片中的邊界掃描電路側重于電路板級測試，兼顧芯片功能測試，同時提供JTAG下載方式。針對在FPGA芯片中的應用特點，設計了一種邊界掃描電路，應用于自行設計的FPGA結構之中。除了基本的測試功能外，加入了對FPGA芯片進行配置、回讀以及用戶自定義測試等功能。 通過仿真驗證，所設計的邊界掃描電路可實現FPGA芯片的測試、配置和回讀等功能，并符合IEEE 11491.1邊界掃描標準的規定，達到設計要求。
上傳時間： 2013-04-24
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在機器人學的研究領域中，如何有效地提高機器人控制系統的控制性能始終是研究學者十分關注的一個重要內容。在分析了工業機器人的發展歷程和機器人控制系統的研究現狀后，本論文的主要目標是針對四關節實驗室機器人特有的機械結構和數學模型，建立一個新型全數字的基于DSP和FPGA的機器人位置伺服控制系統的軟、硬件平臺，實現對四關節實驗室機器人的精確控制。 本論文從實際情況出發，首先分析了所研究的四關節實驗室機器人的本體結構，并對其抽象簡化得到了它的運動學數學模型。在明確了實現機器人精確位置伺服控制的控制原理后，我們對機器人控制系統的諸多可行性方案進行了充分論證，并最終決定采用了三級CPU控制的控制體系結構：第一級CPU為上位計算機，它實現對機器人的系統管理、協調控制以及完成機器人實時軌跡規劃等控制算法的運算；第二級CPU為高性能的DSP處理器，它輔之以具有高速并行處理能力的FPGA芯片，實現了對機器人多個關節的高速并行驅動；第三級CPU為交流伺服驅動處理器，它實現了機器人關節伺服電機的精確三閉環誤差驅動控制，以及電機的故障診斷和自動保護等功能。此外，我們采用比普通UART速度快得多的USB來實現上位計算機．與下位控制器之間的數據通信，這樣既保證了兩者之間連接方便，又有效的提高了控制系統的通信速度和可靠性。 機器人系統的軟件設計包括兩個部分：一是采用VC++實現的上位監控軟件系統，它主要負責機器人實時軌跡規劃等控制算法的運算，同時完成用戶與機器人系統之間的信息交互；二是采用C語言實現的下位DSP控制程序，它主要負責接收上位監控系統或者下位控制箱發送的控制信號，實現對機器人的實時驅動，同時還能夠實時的向上位監控系統或者下位控制箱反饋機器人的當前狀態信息。 研究開發出來的四關節實驗室機器人控制器具有控制實時性好、定位精度高、運行穩定可靠的特點，它允許用戶通過上位控制計算機實現對機器人的各種設定作業的控制，也可以讓用戶通過機器人控制箱現場對機器人進行回零、示教等各項操作。
上傳時間： 2013-04-24
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LAMOST(Large Sky Area Multi-Obiect Fiber Spectroscopy Telescope，大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡)需要對焦而上的4 000個光纖定位單元進行精確定位，一個光纖定位單元需要兩個步進電機來驅動，即需要對8 000個電機進行驅動控制。如何對這8 000個電機進行有效的控制，是本文主要的研究內容。 本義引入EDA(Electronic Design Automation)，技術，以FPGA和CAN總線為硬件載體來進行設計。FPGA相比較于DSP，單片機而言，具有10管腳多，資源豐富，使用靈活等優點，可以存片內集成多個電機的摔制，這樣對于提高系統的集成度，節約成本無疑有著很大的幫助。 在電機的控制當中，其失步和過沖會直接影響到系統的精度，所以需要對電機脈沖頻率加以控制，對于在平穩狀態下能正常工作的電機，失步往往發生在啟動停止等脈沖頻率突然發生改變的時刻。具體實現方法是通過實驗找出一條理想的加減速曲線，再將曲線離散化，并把離散化后的加減速分頻系數存儲在FPGA片內ROM里而，當電機運行到對應的步數時，取出分頻系數來獲取對應的運行頻率。 在LAMOST觀測中，光纖定位單元的零位是個很重要的基準，在每次觀測之前，電機都要回零，理論上電氣零位和機械零位在同一點上，如果電氣檢測到達零位則認為已經到達機械零位位置。但是實際中由于裝配等一些原因，可能會出現零位短路和零位斷路的情況。零位斷路是指電機處于機械零位，但是電氣不能檢測到；零位短路是指電機不在機械零位，但是電氣已經檢測到處于零位。這兩種情況會造成越界和機械零位一直被擠壓的后果，有可能會損壞光纖定位單元，為了防止這些情況出現，軟件程序中加入了計數器，從而從有效地保護了光纖定位單元，同時將這些狀況向上反饋，以便維護和檢修。 在本文完成之時，能夠控制驅動336個光纖定位單元的小系統已經在北京天文臺興隆觀測站實際投入運行，并于2007年5月28日獲得首條光譜，取得了不錯的效果。
上傳時間： 2013-04-24
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超聲診斷技術具有安全、無痛苦、無損害、方法簡便、適應面廣、直觀、顯像清晰、可重復檢查、對軟組織鑒別能力強、診斷準確性高、靈活以及價廉等優點，已經成為當代醫學圖像診斷中的首選技術。眼科超聲診斷儀是超聲診斷中的一種?？圃O備，它可以用來診斷視網膜脫落、眼內和眼眶腫瘤、玻璃體混濁、出血、眼底病變及眼內異物等疾病。近年來，隨著數字信號處理、硬件軟件設計能力以及材料學等方面的快速發展，眼科超聲診斷儀在多方面都有了長足的進步。這其中數字化眼科超聲診斷儀是發展的重點。 本文從超聲診斷儀原理及設計入手，著重描述了該系統的軟硬件結構，同時對超聲信號進行數字化處理的各個子模塊進行了介紹，并結合各種數字信號處理方法的特點，對現成可編程門陣列的結構特點、編程原理及設計流程作了簡單介紹。在此基礎上，著重討論了FIR濾波器的設計并得以在FPGA實現，應用于信號處理各子模塊中。最后通過構建實驗模型驗證了系統各階段信號處理的有效性。對正常人體眼球田眼眶進行檢測，獲得了很好的回波信號。本設計對眼科高頻超聲回波信號具有良好的實時處理能力，達到了設計要求，具有良好的應用前景。
上傳時間： 2013-06-05
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在VTS(Vessel Tramc Services船舶交管系統)系統中，雷達信號的處理器的能力己成為制約雷達目標錄取、跟蹤處理能力和可靠性以及整個VTS系統工作的主要因素。隨著區域性VTS的建立，要求將雷達信號以最高的質量和最低的代價遠距離傳輸，而達到這一要求的關鍵技術環節一雷達信息的壓縮處理也將受到雷達信號預處理系統的影響。 因此，研究更有效的VTS雷達信號預處理系統是一項很有價值和實際意義的工作。本文是在前人研究成果的基礎上，面向實際應用的需求，主要研究VTS雷達信號預處理算法的設計方法和實現手段，設計完成了一個數字化的雷達原始信號實時采集與處理系統。 本設計主要包括雷達信號的采集、雜波抑制處理以及與DSP芯片的信號傳輸。在硬件結構上，本設計采用FPGA完成信號的采集、CFAR處理和雷達信號檢測器的設計，將大量的以前需要由DSP芯片來完成的算法移植到FPGA中實現，大大減輕了DSP芯片的工作壓力，也減小了系統的體積。 在算法研究中，設計中重點討論了雜波的抑制方法和目標的檢測方法。本文在研究了大量現有的雷達信號雜波抑制及信號檢測的算法的基礎上，比較了各種算法的優劣，最終選擇了一種適合本次設計要求的CFAR算法和雙極點濾波雷達信號檢測器在FPGA中實現。 論文中對設計中所采用的方法給出了理論分析、試驗仿真結果和試驗實際調試結果。通過本文所述的設計和實驗，本文設計的雷達信號預處理系統對雷達視頻信號的采集與傳輸都有很好的效果，所選用的雜波處理算法對雷達雜波、雨雪雜波和陸地回波都具有較好的抑制作用，能有效地處理雷達雜波中的尖峰成分，使信噪比得到較大改善。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著現代互聯網規模的不斷擴大，網絡數據流量迅速增長，傳統的路由器已經無法滿足網絡的交換和路由需求。當前，新一代路由器普遍利用了交換式路由技術，通過使用交換背板以充分利用公共通信鏈路，有效的提高了鏈路的利用率，并使各通信節點的并行通信成為可能。硬件系統設計中結合了專用網絡處理器，可編程器件各自的特點，采用了基于ASIC，FPGA，CPLD硬件結構模塊化的設計方法?；贏SIC技術體系的GSR的出現，使得路由器的性能大大提高。但是，這種路由器主要滿足數據業務(文字，圖象)的傳送要求，不能解決全業務(語音，數據，視頻)數據傳送的需要。隨著網絡規模的擴大，矛盾越來越突出，而基于網絡處理器技術的新一代路由器，從理論上提出了解決GSR所存在問題的解決方案。 基于網絡路由器技術實現的路由器，采用交換FPGA芯片硬件實現的方式，對路由器內部各種單播、多播數據包進行路由轉發，實現網絡路由器與外部數據收發芯片的數據通信。本文主要針對路由器內部交換FPGA芯片數據轉發流程的特點，分析研究了傳統交換FPGA所采用的交換算法，針對簡單FIFO算法所產生的線頭阻塞現象，結合虛擬輸出隊列(VOQ)機制及隊列仲裁算法(RRM)的特點，并根據實際設計中各外圍接口芯片，給出了一種消除數據轉發過程中出現的線頭阻塞的iSLIP改進算法。針對實際網絡單播、多播數據包在數據轉發處理過程的不同，給出了實際的解決方案。并對FPGA外部SSRAM包緩存帶寬的利用，數據轉發的包亂序現象及FPGA內部環回數據包的處理流程作了分析并提出了解決方案，有效的提高了路由器數據交換性能。 根據設計方案所采用的算法的實現方式，結合FPGA內部部分關鍵模塊的功能特點及性能要求，給出了交換FPGA內部可用BlockRam資源合理的分配方案及部分模塊的設計實現，滿足了實際的設計要求。所有處理模塊均在xilinx公司的FPGA芯片中實現。
上傳時間： 2013-04-24
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在船舶交管系統中，雷達信息處理是最重要的組成部分。視頻回波處理中的雜波處理要求實時性很高，大約要在一個距離單元的時間(0.05-0.1us)內完成。雜波處理如恒虛警處理本身比較復雜，這類處理過程又要求快速，圖像顯示系統要求及時的把接收到的雷達方位數據從極坐標轉換成直角坐標。在軟件上實現這些算法雖然精度可以達到，但是實時性問題不能滿足。因此這類問題多采用高速專用數字設備來實現。FPGA在數字信號處理領域有非常廣闊的應用前景，以其優良的性能在數字信號處理中發揮了重大的作用。CORDIC算法可以在硬件上以很高的精度實現一些函數和運算。針對以上幾點，本文提出了利用CORDIC算法，基于FPGA來實現雷達信號處理和圖像顯示的算法研究，用硬件來實現正弦、余弦、正切、乘法、除法、指數和對數等基本函數和運算，把他們設計成為可重用的IP core，這樣可以滿足實時性和精度的問題。從而在將來的算法研究中方便的調用，這樣在算法研究中可以節約大量的時間，在一定程度上降低研究的難度。 圍繞雷達信號處理和圖像顯示，本次課題設計主要做了如下工作： 1．對CORDIC算法進行分析和研究，以及它在雷達信號處理和圖像顯示中的影響。 2．成功用硬件描述語言在Xilinx公司軟件ISE的環境下編寫代碼，在Synplify和Modelsim上做了綜合和仿真。 3．對實驗結果進行精度和速度分析。 4．對雷達信號處理和圖像顯示的相關算法進行分析和研究。 5．從實例分析IP core的特點，對算法研究的影響和IP core在雷達信號處理和圖像顯示中的應用。 最終在實踐環節，成功利用CORDIC算法，在FPGA上實現可重用的IP core，這些IP core能夠以很高的精度實現一些基本函數和運算，在雷達信號處理與圖像顯示中起到很大的作用。
上傳時間： 2013-07-16
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多相濾波器主要應用于脈沖多普勒雷達、通信寬帶數字接收機、雷達自適應波束形成等信號處理領域。在多普勒雷達信號處理中國內外關于FIR濾波器設計研究的報道較多，而對于IIR濾波器的設計研究相對較少，原因是IIR多相濾波器的設計復雜性，使得IIR濾波器在多普勒雷達數字信號處理中難以發揮重要作用。本文以脈沖多普勒雷達信號處理為背景，主要研究數字多相濾波器的特點和設計方法；進而研究數字多相濾波器的數字仿真方法與FPGA實現技術。對于自主研究、設計和實現雷達信號處理的各種結構的濾波器具有重要的意義。 本文討論了FIR數字濾波器和IIR數字濾波器的特點和區別。對IIR濾波器的多相結構進行了理論分析，重點研究了IIR多相濾波器的設計原理。根據此原理進行IIR濾波器的多相設計并擴展到多通道和多級結構。在此基礎上，根據本文研究的多普勒雷達回波信號需要四通道處理的要求搭建軟件仿真模型，對所設計的2級4通道IIR多相濾波器組進行了仿真實驗，給出仿真結果，并進行了討論。 在完成2級4通道IIR多相濾波器組的軟件仿真后，利用FPGA設計平臺，對該IIR多相濾波器組進行了設計仿真和綜合實現。在實現過程中進行了功能仿真和時序仿真兩級仿真驗證，結果表明在模擬硬件環境中所設計的2級4通道IIR多相濾波器組能夠較好地實現多普勒雷達回波信號多通道的劃分和濾波功能要求，驗證了設計思路和方法的正確性和可行性。
上傳時間： 2013-04-24
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RFID技術是一種新興的自動識別技術,具有信息量大、讀取距離遠、可同時讀取多張卡片等特點,被廣泛應用于門禁、物流、管理等領域. 虛擬儀器是現代計算機技術和儀器技術深層次結合的產物.虛擬儀器充分利用了計算機的運算、存儲、回放顯示及文件管理等智能化功能,同時把傳統儀器的專業化功能和面板控件軟件化,使之與計算機結合構成一臺功能完全與傳統硬件儀器相同,同時又充分享用了計算機軟硬件資源的全新虛擬儀器系統. Wiegand協議和ABA協議作為一種常用的通訊協議被廣泛的應用于RFID讀卡器與上位機之間的通訊以及RFID讀卡器與控制器之間的通訊.本設計的目的是檢測Wiegand協議和ABA協議的數據通信是否符合協議規定,主要包括脈沖寬度、脈沖間隔等.本設計包含FPGA和上位機軟件兩部分,FPGA上完成對信號的采樣和對采樣數據的儲存和緩沖,上位機完成對采樣數據的處理,以及波形的顯示.FPGA上的設計應用Verilog語言在Altera公司的Max+PlusII平臺上進行開發.上位機軟件設計基于NI公司的圖形化編程軟件LabVIEW.
上傳時間： 2013-05-20
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